王雪原
(中國市政工程西南設計研究院深圳分院，廣東深圳518003)

　　摘　要：介紹了Pista360°渦流沉砂池的工作流態、池型改進及特點，并著重分析了此種池型的適
用條件和設計要點。
　　關鍵詞：360°渦流沉砂池；流態；設計
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2001)08-0036-03

　　渦流沉砂池因其占地面積小、能耗低、土建費用省、管理方便等特點得到了日益廣泛的應用。Pista渦流沉砂池是S&L公司于20世紀60年代開發成功的沉砂池型，其中比較成功的為鐘氏(Jeta)沉砂池，在國內得到廣泛運用的主要是Pista的第二代產品和Jeta沉砂池。不過，近年來一種新型的360°渦流沉砂池開始在國內推廣并逐步得到運用。Pista 360°渦流沉砂池是在第二代Pista沉砂池基礎上改進開發的新一代沉砂池型，與老一代的池型以及其他“演變體”池型相比，該池型具有更鮮明的特點。

1　工作流態

　　Pista360°渦流沉砂池由早期產品的自由液面進水渠道改進成為一條封閉的充滿流傾斜進水渠，進水渠末端與沉砂池的分選區池底平接。進水直接進入沉砂池底部，由于射流的作用，在池內形成旋流，同時在中心軸向槳板的定速旋轉驅動下于中部形成一個向上的推動力，使水流在垂直面亦形成環流。在垂面環流和射流的共同作用下，水流在沉砂池中以螺旋狀前進，砂粒在離心力作用下撞向池壁沿水流滑入池底。積于池底的砂粒由于垂面環流的水平推動作用向池中心匯集跌入積砂斗，部分較輕的有機物則在中部上升水流的作用下重新進入水中。水流在分選區內回轉一周(360°)后，進入與進水渠同流向但位于分選區上部的出水渠道(見圖1)。去除的沉砂跌入砂斗蓋板中心的開孔并存于砂斗內，為防止砂粒板結，槳板驅動軸下端的葉片砂粒流化器不停攪動，砂粒便定時由砂泵抽出池外。

2　池型特點

　　Pista360°渦流沉砂池區別于其他池型的最明顯之處在于沉砂池的進水渠道改成了一條具有15°傾角的進水涵。沉砂池進水以充滿流進入，分選區的入口處渠底與池底平齊，渠頂板則與出水渠道的底板相平，進、出水口之間則以一道弓型的水平隔板分隔以防止短流，進水、出水在流程上呈360°流線型分布，沉砂池構造見圖2。

　　這一系列的改進大大改善了渦流池的水力條件。首先，傾斜的進水渠道取代了附壁效應坡，能更有效地保證已經在渠道中沉底的砂粒直接滑入沉砂池底。充滿流進水促進了層流效果而可更好地消除紊流以保證分選區內的沉砂效果。由于水平隔板的存在，大大減小了出水對分選區下部積砂區的影響，有效防止已沉下的砂又重新被帶入出水之中。另外，該池型的進、出水沿360°流線型布置，使得水流在分選區內部進行了360°回轉，延長了旋流流程(比早期池型延長了90°的流程)，提高了除砂效果，同時也使得沉砂池整體的布置更加順暢、簡潔，進、出水的水力條件更好。因此，沉砂池可以更緊湊地對稱布置、共用渠壁，節省了土建投資。其典型布置形式參見圖3。

　　Pista 360°渦流沉砂池幾種標準規格及相應的處理能力見表1。

表1　Pista 360°渦流沉砂池的規格一覽表 規格［(1/0.22)L］ 1.00 2.50 4.0 7.0 12.0 20.0 30.0 50.0 70.0 峰值流量(L/s) 43.8 109.6 175.4 306.9 526.1 876.8 1315.2 2192.1 3068.9 峰值流量(m³/d) 3788 9470 15152 26516 45456 75760 113640 189400 265160 分選區直徑(mm) 1830 2134 2438 3048 3658 4878 5486 6096 7315

　　 一套標準的Pista 360°渦流沉砂池配套設備包括：頂裝式隱蔽葉輪砂泵、軸流式螺旋槳及其驅動裝置、進水導板、出水氣囊止回閥(pinch valve)及真空啟動裝置。另外，還可以配套出水砂粒旋流濃縮器及螺旋砂水分離器，水面以下無需維護部件。
Pista沉砂池水頭損失小，對于小粒徑的砂粒有較好的去除效果。根據S&L公司提供的資料，Pista 360°渦流沉砂池內部水頭損失＜68.6 Pa，而在峰值流量下砂粒直徑d≥0.297 mm(50目)時，去除率≥95%；0.211 mm＜d＜0.297 mm(50～70目)時，去除率≥85%；0.211 mm≥d≥0.149 mm(70～100目)時，去除率≥65%。據美國WEF出版的“Design of Municipal Wastewater Treatment Plants”中介紹，其對于0.11 mm(140目)直徑砂粒的去除率可達73%。

3　適用條件

　　 渦流沉砂池具有布置緊湊、節省土建費用、占地小、對細砂去除效率高的特點，對于用地緊張的污水處理廠特別適用。不過，也因為其池體尺寸小、水力停留時間較短(峰值為20～30 s，一般≤60 s)，對于水量變化或者砂量沖擊負荷過大的進水難以適應。根據對其他渦流池型(均為采用氣提方式)的設計回訪和調研，都不同程度地存在沉砂進入后續處理構筑物的情況。分析原因，主要可能有：①暴雨期水量超過設計流量時，部分砂粒未能沉淀即被帶入出水。② 由于沉砂量變化較大，沉砂多時，提升裝置的提升量不能滿足要求，部分已沉淀的砂粒重新進入出水。Pista 360°渦流沉砂池雖然在池型設計上有較大改善，但其停留時間短的特點并沒有改變，在相應情況下的實際運行效果還有待進一步驗證。因此，具有上述進水特點的污水廠采用停留時間較長且可通過曝氣強度調節沉砂效果的曝氣沉砂池更為安全。此外，渦流沉砂池因為沒有曝氣過程，與可設置撇油措施的曝氣沉砂池相比，對污水中油類的去除則不具有任何優勢。不過，對設有厭氧段的污水處理廠，采用渦流沉砂池則完全無須考慮因曝氣對污水充氧而可能影響厭氧效果的風險。
　　綜上所述，Pista 360°渦流沉砂池對于以下情況具有特別的優勢：①完全分流制或僅有少量合流污水進入的污水廠。②用地緊張或征地費用昂貴的污水廠。③廠內未設置鼓風機房的污水廠。④需要設置厭氧池的污水廠。

4　設計要點

　　 Pista 360°渦流沉砂池的軸流式槳板與鐘式(Jeta)的槳板有所不同，它采用定速運行，可以升高或降低槳板與砂斗蓋板的間距以調節有機物分離效果，但對于池內的水平環流沒有調節作用。因此，控制沉砂池進水流速是影響沉砂池處理效果的關鍵因素。進水流速太大，沉砂可能被帶入出水；進水流速太小，砂粒則可能在渠道內沉積，均不利于沉砂池的運行。理想的設計進水流速宜選用平均流量(設計流量的60%～80%)時的進水流速，介于0.6～0.9 m/s之間。初期最小流速不宜＜0.15 m/s，最大流速宜＞0.6 m/s，使小流量下沉積于渠道 中的砂重新帶入沉砂池(見圖4)。另外，當初期水量小時，應于出水渠一定直段后設置淹沒堰來控制沉砂池內的最小淹沒水深，保證池內旋流效果。

　　 氣體提升裝置提升揚程較小，提升力較弱，因此S&L公司對于Pista沉砂池推薦采用砂泵提升。但需注意的是，當砂泵停止工作時，由于管路內充滿液體且泵吸水管始終淹沒于水下，需防止虹吸現象的發生。因此，砂泵出水管的排出口應高于沉砂池內的最高液位，最好應高于沉砂池池頂。
　　由于渦流池的積砂區容積較小，對于砂量變化較大的進水，選型宜考慮一定的余量，而當水量變化較大時宜考慮運行池數的切換，以保證滿足流速要 求。
　　近年來，新型的Pista 360°渦流沉砂池已在國內逐步推廣，其中上海白龍港污水處理廠采用的70型已投入運行，深圳市羅芳污水處理廠、鹽田污水處理廠選用的50型也將于年內投入運行。Pista 360°渦流沉砂池具有占地省、能耗低的優點，也因其在合理的投資下能有效地去除細小的砂粒而將得到越來越普遍的應用，是一種具有很強競爭力的沉砂池型。

參考文獻：

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　　收稿日期：2001-05-28